Otak fosil berusia 500 juta tahun yang ‘menakjubkan’ mendorong pemikiran ulang tentang evolusi serangga dan laba-laba

Predator radiodon bermata tiga kuno mengungkapkan informasi penting tentang evolusi rencana tubuh arthropoda.

Penelitian baru didasarkan pada cache fosil yang mengandung otak dan sistem saraf predator laut Burgess Shale berusia setengah miliar tahun. Stanleycaris diresmikan oleh Royal Ontario Museum (ROM). Milik cabang kuno pohon evolusi arthropoda yang telah punah yang disebut Radiodonta, Stanleycaris berhubungan jauh dengan serangga dan laba-laba modern. Hasil ini menjelaskan evolusi otak arthropoda, penglihatan, dan struktur kepala.

“Detailnya sangat jelas seperti kita sedang melihat seekor binatang yang mati kemarin.”

— Joseph Moysiuk

Temuan itu diumumkan dalam makalah penelitian, “Radiodont bermata tiga dengan neuroanatomi fosil menginformasikan asal-usul kepala dan segmentasi arthropoda,” diterbitkan 5 Juli 2022 dalam jurnal. Biologi Saat Ini.

Sepasang spesimen fosil Stanleycaris hirpex, spesimen ROMIP 65674.1-2. Kredit foto: Foto oleh Jean-Bernard Caron, © Museum Royal Ontario

Apa yang paling menggairahkan para ilmuwan adalah apa yang ada di dalamnya Stanleycaris‘ Kepala. Dalam 84 fosil, sisa-sisa otak dan saraf masih tersimpan setelah 506 juta tahun.

“Sementara fosil otak dari periode Kambrium bukanlah hal baru, penemuan ini menonjol karena kualitas pelestarian yang luar biasa dan jumlah spesimen yang banyak,” kata Joseph Moysiuk, penulis utama penelitian dan mahasiswa doktoral Universitas Toronto (U of T). dalam ekologi dan Biologi Evolusioner di Museum Royal Ontario. “Kami bahkan dapat melihat detail halus seperti pusat pemrosesan visual yang memberi makan mata besar dan jejak saraf yang masuk ke anggota badan. Detailnya sangat jelas seolah-olah kita sedang melihat seekor binatang yang mati kemarin.”

Animasi meja putar Stanleycaris hirpex, termasuk transparansi untuk menunjukkan organ dalam. Kredit: Animasi oleh Sabrina Cappelli © Museum Royal Ontario

Fosil baru menunjukkan bahwa otak Stanleycaris terdiri dari dua segmen, protocerebrum terhubung ke mata dan deuterocerebrum terhubung ke cakar frontal.

“Kami menyimpulkan bahwa kepala dan otak bipartit memiliki akar yang dalam pada garis keturunan arthropoda dan bahwa evolusinya kemungkinan mendahului otak tripartit yang menjadi ciri semua anggota yang hidup dari filum yang beragam ini,” tambah Moysiuk.

Pada arthropoda modern seperti serangga, otak terdiri dari protocerebrum, deutocerebrum, dan tritocerebrum. Sementara perbedaan dalam satu segmen tidak terdengar inovatif, sebenarnya memiliki implikasi ilmiah yang radikal. Karena salinan berulang dari banyak organ arthropoda ditemukan dalam tubuh tersegmentasi mereka, mencari tahu bagaimana segmen berbaris di antara spesies yang berbeda sangat penting untuk memahami bagaimana struktur ini telah terdiversifikasi dalam kelompok.

“Fosil-fosil ini seperti batu Rosetta, membantu menghubungkan ciri-ciri dalam radidon dan fosil artropoda awal lainnya dengan rekan-rekan mereka dalam kelompok yang masih hidup.”

Rekonstruksi sepasang Stanleycaris hirpex; Orang atas telah meningkatkan transparansi eksterior untuk menunjukkan organ internal. Sistem saraf ditampilkan dalam warna krem ​​muda, sistem pencernaan ditampilkan dalam warna merah tua. Kredit foto: Ilustrasi oleh Sabrina Cappelli © Museum Royal Ontario

Di samping sepasang matanya yang mengintai, Stanleycaris memiliki mata tengah yang besar di bagian depan kepalanya, fitur yang belum pernah terlihat di ahli radiologi. “Kehadiran mata ketiga raksasa di Stanleycaris tidak terduga. Ini menggarisbawahi bahwa hewan-hewan ini tampak lebih aneh dari yang kita duga, tetapi juga menunjukkan kepada kita bahwa artropoda paling awal telah mengembangkan berbagai sistem visual yang kompleks, seperti banyak kerabat modern mereka,” kata Dr. Jean-Bernard Caron, Richard Ivey dari ROM Curator of Invertebrate Paleontology dan PhD supervisor Moysiuk. “Karena sebagian besar radiodon hanya diketahui dari bagian yang tersebar, penemuan ini merupakan langkah maju yang kritis dalam memahami seperti apa rupa mereka dan bagaimana mereka hidup,” tambah Caron, yang juga seorang associate professor di U of T of ecology and ecology ini. Evolusi dan Ilmu Bumi.

Abstrak makalah yang menunjukkan interpretasi sistem saraf dari fosil Stanleycaris dan implikasinya untuk memahami evolusi otak arthropoda. Otak ditampilkan dalam warna merah dan tali saraf dalam warna ungu. Kredit foto: Foto oleh Jean-Bernard Caron © Museum Royal Ontario

Pada periode Kambrium, radiodon termasuk beberapa hewan terbesar yang ada, dengan ‘keajaiban aneh’ yang terkenal. anomali mencapai panjang minimal 1 meter. tidak lebih dari 20 cm, Stanleycaris kecil untuk kelompoknya, tetapi pada saat kebanyakan hewan tumbuh tidak lebih besar dari jari manusia, itu akan menjadi pemangsa yang tangguh. Stanleycaris‘ Sistem sensorik dan saraf yang canggih akan memungkinkannya mencari mangsa kecil secara efisien dalam kegelapan.

Rekonstruksi Stanleycaris hirpex. Kredit Foto: Seni oleh Sabrina Cappelli © Museum Royal Ontario

Menampilkan mata majemuk besar, mulut bundar yang tampak mengesankan dengan deretan gigi, cakar depan dengan deretan paku yang mengesankan, dan tubuh yang fleksibel dan tersegmentasi dengan deretan ban lengan di sisinya. Stanleycaris akan menjadi mimpi buruk bagi setiap penghuni tanah kecil yang cukup sial untuk melintasi jalannya.

Tentang Burgess Shale

Untuk penelitian ini, Moysiuk dan Caron memeriksa koleksi 268 spesimen yang sebelumnya tidak dipublikasikan Stanleycaris. Fosil dikumpulkan terutama pada tahun 1980-an dan 90-an dari strata di atas Tambang Walcott yang terkenal di Burgess Shale di Taman Nasional Yoho, BC, Kanada dan merupakan bagian dari koleksi ekstensif fosil Burgess Shale yang disimpan di ROM .

Situs fosil Burgess Shale terletak di Taman Nasional Yoho dan Kootenay dan dikelola oleh Taman Kanada. Parks Canada dengan bangga bekerja dengan peneliti ilmiah terkemuka untuk memajukan pengetahuan dan pemahaman tentang periode penting dalam sejarah Bumi ini dan membagikan situs-situs ini kepada dunia melalui jalan-jalan berpemandu pemenang penghargaan. Burgess Shale ditetapkan sebagai Situs Warisan Dunia UNESCO karena Nilai Universal yang Luar Biasa pada tahun 1980 dan sekarang menjadi bagian dari Situs Warisan Dunia Taman Pegunungan Rocky di Kanada.

fosil dari Stanleycaris dapat dilihat oleh publik di pameran fosil Burgess Shale yang baru Galeri Willner Madge, Dawn of Life di ROM.

Referensi: “Radiodont bermata tiga dengan neuroanatomi fosil menginformasikan asal usul kepala dan segmentasi artropoda” oleh Joseph Moysiuk dan Jean-Bernard Caron, 8 Juli 2022 Biologi Saat Ini.
DOI: 10.1016/j.cub.2022.06.027

Dana penelitian utama berasal dari National Sciences and Engineering Research Council of Canada melalui Vanier Canada Graduate Scholarship kepada Moysiuk dan Discovery Grant (No. 341944) kepada Caron.